Перейти к содержанию

Поляризация антенны и радиоволны

Две антенны-штыря лучше всего работают, когда стоят параллельно. Если одну положить горизонтально, а другую поставить вертикально, связь заметно ослабнет. Причина — поляризация волны. Разбираем, что это такое, когда она важна и почему в помещении о ней можно почти забыть.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Поляризация антенны (radio wave polarization) — направление вектора электрического поля излучаемой волны. TI в руководстве по выбору антенн AN058 напоминает: у волны в свободном пространстве электрическое и магнитное поля перпендикулярны направлению распространения, и поляризацию принято описывать по электрическому полю. Поляризация антенны — это поляризация волны, которую она излучает в дальней зоне.

Виды

  • Линейная вертикальная — вектор поля вертикален. Её даёт вертикальный штырь — монопольная антенна над землёй.
  • Линейная горизонтальная — вектор поля горизонтален, например у горизонтального диполя.
  • Круговая и эллиптическая — вектор вращается. ITU-R в рекомендации P.525 учитывает это при расчёте поля: вместо одной составляющей берут обе ортогональные.

Почему важна

AN058 формулирует правило прямо: для наилучшей работы антенны передатчика и приёмника должны иметь одинаковую поляризацию. Если одна антенна вертикальная, а другая горизонтальная, приёмная антенна плохо принимает поле, ориентированное поперёк неё, и сигнал заметно ослабевает.

Но TI тут же уточняет: большинство антенн маломощных устройств излучают поле с поляризацией более чем в одном направлении, а отражения меняют поляризацию. Поэтому:

  • в помещении с множеством отражений поляризация не так критична — сигнал приходит многими путями с разной поляризацией;
  • на открытом воздухе при прямой видимости совпадение поляризации важно, и антенны ставят одинаково.

Как отражается в даташитах антенн

Диаграммы направленности печатных антенн TI, например инвертированной F в AN043, даны для вертикальной и горизонтальной поляризации в трёх плоскостях. Для устройств с неизвестной ориентацией TI в DN031 меряет трёхмерную диаграмму антенной с двойной поляризацией. Усиление антенны и диаграмму поэтому сравнивают при одинаковой поляризации измерительной антенны. На трассах с замираниями из-за отражений и смены поляризации закладывают запас на замирания. Об антеннах — в статье об антеннах.

Частые вопросы

Как расположить антенны двух радиомодулей?

Одинаково ориентированными: если у передатчика штырь стоит вертикально, у приёмника тоже. TI в руководстве AN058 называет одинаковую поляризацию условием наилучшей работы. Особенно это важно на открытом воздухе при прямой видимости; в помещении отражения перемешивают поляризацию, и ориентация влияет меньше.

Что такое круговая поляризация?

Это волна, у которой вектор электрического поля вращается, описывая окружность, — сумма двух равных линейных составляющих со сдвигом фазы на четверть периода. Её используют, когда ориентация приёмника заранее неизвестна или меняется. ITU-R в формулах напряжённости поля для круговой поляризации учитывает обе составляющие.

Почему диаграммы направленности рисуют для двух поляризаций?

Потому что реальная антенна на плате излучает и вертикально, и горизонтально поляризованную составляющую, и их соотношение меняется с направлением. TI в AN043 и DN031 приводит диаграммы для обеих поляризаций в трёх плоскостях, а для устройств с неизвестной ориентацией измеряет полную трёхмерную диаграмму антенной с двойной поляризацией.

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B — разд. 5.1.1: поляризация описывает направление электрического поля; у всех волн в свободном пространстве электрическое и магнитное поля перпендикулярны направлению распространения, обычно рассматривают вектор электрического поля; для наилучшей работы антенны передатчика и приёмника должны иметь одинаковую поляризацию; большинство антенн маломощных устройств на практике дают поле с поляризацией более чем в одном направлении, а отражения меняют поляризацию, поэтому в помещении с множеством отражений она не так критична, как на открытом воздухе при прямой видимости; при измерении диаграммы важно указывать, какая поляризация использовалась
  2. Texas Instruments. DN031 CC-Antenna-DK and Antenna Measurements Summary, SWRA328 — разд. 4.1: традиционно диаграммы давали для вертикальной и горизонтальной поляризации в плоскостях XY, XZ и YZ; для большинства беспроводных устройств поляризация и положение заранее неизвестны, поэтому измеряют в безэховой камере антенной с двойной поляризацией и строят трёхмерную диаграмму
  3. ITU-R. Recommendation P.525-4 (08/2019): Calculation of free-space attenuation — разд. 2.1, примечание 1: при эллиптической поляризации вместо e берут √(ex² + ey²), где ex и ey — составляющие по двум ортогональным осям, их можно найти только при известном коэффициенте эллиптичности; при круговой поляризации e заменяют на e√2; примечание 2: для антенн у земли с вертикальной поляризацией излучение рассматривают в верхнем полупространстве
  4. Texas Instruments. AN043 Small Size 2.4 GHz PCB antenna, SWRA117D — разд. 5.2: диаграммы направленности антенны USB-донгла CC2511 измерены в безэховой камере в трёх плоскостях XY, XZ и YZ для вертикальной и горизонтальной поляризации (рис. 7–12)

Нашли ошибку?

Смотрите также